DE1539965B1 - Verfahren zur Herstellung eines Wickelkondensators mit festem Elektrolyten - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Wickelkondensators mit festem ElektrolytenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wickelkondensators mit festem Elektrolyten.
Ein Kondensator mit festem Elektrolyten, bei dem ein formiertes, einen Film bildendes Metall, z. B.
Aluminium, Titan, Tantal, Niobium oder Zirkon, als Anode verwendet ist und das formierte Metall mit
einer Mangandioxydschicht überzogen und mehrere Male nachformiert wird, hat geringere Abmessungen
und elektrische Eigenschaften, die denen eines üblichen Elektrolytkondensators überlegen sind. Es ist
besonders vorteilhaft, einen gesinterten Körper aus Tantal zu verwenden. Es ist schwierig, ein gesintertes
Element aus Aluminium oder Titan als Anode eines Kondensators zu verwenden, so daß bei diesen
Metallen dünne Anoden- und Kathodenfolien aufgewickelt werden, um einen Kondensator mit geringen
Abmessungen und großer Kapazität herzustellen. Die letztere Art von Kondensatoren wird im allgemeinen
in der Weise hergestellt, daß nur die formierte Anodenfolie aufgewickelt wird und diese
Folie mit einer Mangandioxydschicht durch Pyrolyse des Mangannitrats überzogen wird, daß die Formierung
wiederholt wird, daß die Kathode durch eine Graphitschicht gebildet wird und daß ein aufgespritztes
Metall oder ein hitzebeständiges, isolierendes und poröses Trennmittel, ζ. Β. Glasgewebe, zwischen die
formierte Anodenfolie und die Kathodenfolie eingebracht wird und daß diese aufgewickelt werden.
Diese Verfahren führen jedoch zu Nachteilen in den elektrischen Eigenschaften, insbesondere in der
Frequenzabhängigkeit der Verluste und der elektrostatischen Kapazität. Dies ist darauf zurückzuführen,
daß der äquivalente Reihenwiderstand des Kondensators, der von der halbleitenden Mangandioxydschicht
herrührt, und der Kontakt der Mangandioxydschicht mit der Kathode groß sind.
Ein Zweck der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators zu schaffen,
durch das eine hohe Formierspannung erreichbar ist, indem der Widerstand zwischen der Anode
und der Kathode erhöht wird. Dadurch ist auch ein Kondensator mit geringem Reihenwiderstand erhältlich.
Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, den Aufwickelvorgang zu verbessern. Ein weiterer
Zweck der Erfindung besteht darin, die Ausfällung des Mangandioxyds zu verbessern.
Ein Wickelkondensator mit festem Elektrolyten erfordert ein Trennmittel, um einen Kurzschluß zu
verhindern, der durch einen Kontakt der Anode mit der Kathode verursacht wird. Wenn aber ein Glasgewebe
als Trennmittel verwendet wird, bleibt das Trennmittel in dem Kondensator auch noch nach der
Ausfällung des Mangandioxyds durch Pyrolyse des Mangannitrats bei einer Temperatur zwischen 350
und 450° C, mit dem Ergebnis, daß die elektrischen Eigenschaften des Kondensators verschlechtert sind.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, verwendet die Erfindung als Trennmittel ein solches Material, das
nur zum Zeitpunkt des Aufwickeins und der ersten Nachformierung wirkt, um dadurch die Nachformierspannung
zu erhöhen. Es bleibt nicht im Kondensator nach der Ausfällung des Mangandioxyds, wodurch
Kondensatoren mit geringem Reihenwiderstand erhalten werden.
Bekannte Kondensatoren werden dadurch hergestellt, daß die Kathodenfolie, auf der Mangandioxyd
vorher fest aufgebracht worden ist, und die Anodenfolie, die mit einem Oxydfilm versehen ist,
aufeinandergelegt und aufgewickelt werden. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß das auf der
Kathodenfolie aufgebrachte Mangandioxyd von der Folie entfernt werden kann und die Hände der Bedienungsperson
beim Aufwickelvorgang beschmutzt werden. Die Erfindung überwindet diese Nachteile,
indem sie vorher feines Pulver aus Mangandioxyd in dem Trennmittel suspendiert. Darüber hinaus
bringt die Suspendierung des feinen Pulvers aus Mangandioxyd in dem Trennmittel einen zusätzlichen
Vorteil, indem die Ausfällung des Mangandioxyds durch Pyrolyse des imprägnierten Mangannitrats
erleichtert wird, da das feine Pulver aus Mangandioxyd, das in dem Trennmittel suspendiert ist, von
Mangannitrat umgeben ist, nachdem das Trennmittel gelöst und vollständig entfernt ist.
Zellulosederivate, z. B. Nitrozellulose, Äthylzellulose und Methylzellulose, erfüllen die vorstehende
Bedingung, da sie wenigstens unter der Temperatur der Bildung des Mangandioxyds, d. h. unter etwa
400° C, zersetzt werden, wenn sie in Luft erhitzt werden, wobei sie kaum einen Rückstand, z. B. Teer,
zurücklassen. Nitrozellulose ist insbesondere vorteilhaft, da sie leicht aufgelöst und entfernt wird, wenn
sie sich bei einer Temperatur von etwa 180° C entzündet. Die Eigenschaften des Filmes oder Überzuges
sind günstig, und die Verwendung des Filmes stellt sicher, daß das Mangandioxyd, das durch Pyrolyse
des Mangannitrats ausgefällt ist, weniger leicht zu dem niedrigeren Oxyd reduziert wird, wodurch ein
Anstieg des Reihenwiderstandes, der von der Halbleiterschicht herrührt, verhindert wird und somit die
Verluste klein gehalten werden und eine sehr günstige Frequenzcharakteristik erhalten wird.
Die Tabelle vergleicht verschiedene Arten von Lack-Überzugsfilmen und ihre Eigenschaften, die bei der Pyrolyse beobachtet worden sind. Es ergibt sich aus der Tabelle, daß Nitrozellulose günstiger als die anderen Lacke ist mit Ausnahme der Adhäsion.
Die Tabelle vergleicht verschiedene Arten von Lack-Überzugsfilmen und ihre Eigenschaften, die bei der Pyrolyse beobachtet worden sind. Es ergibt sich aus der Tabelle, daß Nitrozellulose günstiger als die anderen Lacke ist mit Ausnahme der Adhäsion.
Hauptbestandteil des Lackes |
Adhäsion des Uberzugsfilms auf rauher Oberfläche von Al2 (kg/cm=) |
Entzündungs punkt (0C) |
Betrag des erzeugten Rückstandes, wenn der Lack- Überzugsfilm 10 Minuten lang auf 400° C erhitzt wird (%) |
Spezifischer Widerstand des erzeugten Rückstandes, wenn der Uberzugsfilm, der durch Suspendierung von 35 g MnO2 in 100 cm* Lack der Viskosität von 100 cP erzeugt ist, 5 Minuten lang bei 3500C erhitzt wird (Ω-cm) |
Nitrozellulose (RS 20) Äthylzellulose Azetylzellulose Azetylzellulose-Butylat Styrol-Butadien-Kopolymer Polyvinylalkohol |
1,5 2,9 3,6 3,4 4,6 5,0 |
170 ~ 200 380 ~ 420 500 ~ 520 500 ~ 520 540 ~ 550 |
<0,05 1 ~3 9~10 6~7 9~10 10 |
9-103 8-107 1-108 >108 >108 >108 |
3 4
Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfah- Anodenfolie 11 gewickelt ist. Ein oxydierter Film 12
rens kann entweder ein Film, der aus einem Zellu- ist auf der Anodenfolie 11 vorgesehen. Eine HaIb-
losederivat besteht, das darin suspendiert feines lederschicht 13 ist an allen Oberflächen der gewickel-
Pulver aus Mangandioxyd enthält oder nicht, zwi- ten Anodenfolie vorhanden. Eine Graphitschicht 14
sehen Anode und Kathode eingelegt und mit diesem 5 ist auf die Halbleiterschicht 13 um die gewickelte
aufgewickelt werden, oder ein Zelluloselack, der in Einheit und ein Metallüberzug 15 ist auf die Gra-
einem organischen Lösungsmittel aufgelöst ist und phitschicht 14 aufgebracht. Eine Elektrodenzuleitung
suspendiert feines Pulver aus Mangandioxyd enthält, 16 ist an der Anodenfolie 11 befestigt. An der Elek-
kann auf die Kathodenfolie aufgestrichen und ge- trodenzuführung 16 ist ein herausstehender Teil 17
trocknet werden, um dadurch einen Überzugsfilm zu io des oxydierten Filmes 12 vorgesehen. Eine Elek-
bilden, der auf der Fläche der Kathode fest haftet. trodenzuleitung 18 ist an dem Metallüberzug IS z. B.
Das letztere Verfahren ist vorteilhafter, da nur die durch ein Lötmittel 19 befestigt.
Anoden- und Kathodenfolien aufgewickelt werden. F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform eines Konden-
Das Trennmittel kann auch dadurch gebildet werden, sators mit festem Elektrolyten, bei dem Glasfasern
daß der Lack-Überzugsfilm direkt auf die Kathoden- 15 21 verwendet sind, um die Anodenfolie 22 und die
folie gestrichen wird, oder dadurch, daß der Lack- Kathodenfolie 23 voneinander zu trennen und zu
Überzugsfilm auf Mangandioxyd aufgestrichen wird, isolieren. Ein oxydierter Film 24 ist auf die Anoden-
das durch Pyrolyse des Mangannitrats, das auf die folie 22 aufgebracht. Eine Halbleiterschicht 25 ist
Kathodenfolie aufgestrichen ist, gebildet wird. mit den Glasfasern 21 zwischen der Anodenfolie 22
Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden 20 und der Kathodenfolie 23 und auf der gewickelten
Beschreibung und der Zeichnung erläutert. Einheit, welche diese Folien und die Glasfasern ent-
Es zeigt hält, vorgesehen. Eine Elektrodenzuführung 26 ist
F i g. 1 einen Querschnitt durch einen Wickel-_ an der Anodenfolie 22 befestigt, und eine Elektrodenkondensator
mit festem Elektrolyten gemäß der Er- zuführung 27 ist an der Kathodenfolie 23 befestigt,
findung vor der Pyrolyse des Mangannitrats, 25 Die Elektrodenzuführung 26 weist einen heraus-
F i g. 2 einen Querschnitt durch den Kondensator stehenden Teil 28 des formierten Oxydfilmes 24
gemäß F i g. 1 nach der Pyrolyse des Mangan- auf.
nitrats, Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Ausführungs- werden unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben,
form eines bekannten Kondensators mit festem 30 welche die Eigenschaften der Kondensatoren nach
Elektrolyten, der durch Aufwickeln lediglich der der Erfindung im Vergleich mit den Eigenschaften
Anodenfolie erhalten wird, bekannter Kondensatoren veranschaulicht. Die
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Ausf ührungs- Kurve α zeigt die Frequenzabhängigkeit der elektroform
eines bekannten Kondensators mit festem statischen Kapazität und der Verluste eines Konden-Elektrolyten,
der durch ein Verfahren unter Verwen- 35 sators, der unter Verwendung eines Lacks hergestellt
dung von Glasfasern als Isolier- und Trennmittel ist, der Nitrozellulose (RS 20) in einem Lösungszwischen
der Anoden- und der Kathodenfolie her- mittel aus Äther, Azeton und Methanol gelöst entgestellt
ist, und hält und eine Viskosität von 100 cP hat. Der Lack
Fig. 5 eine Darstellung der Frequenzabhängigkeit wird auf die Kathodenfolie in einer Dicke von etwa
der elektrostatischen Kapazität und der Verluste 40 50 μ aufgestrichen und getrocknet, um dadurch ein
dieser Kondensatoren. Trennmittel zu bilden. Die Kathodenfolie wird auf
Gemäß F i g. 1 ist die filmbildende Metallfolie 1, die Anodenfolie gelegt, und diese wird aufgewickelt,
die eine rauhe Oberfläche hat, mit einem anodisch woraufhin die in dem gebildeten Film bei dem Aufoxydierten
Film 2 versehen, während ein Lackfilm 4, wickelvorgang entstandenen Risse formiert und ausdessen
Entzündungspunkt unter etwa 400° C liegt 45 geheilt werden. Mit Mangannitratlösung wird ge-
und dessen Hauptbestandteil ein Zellulosederivat ist, tränkt, und 5 Minuten lang wird bei einer Tempeauf
die Kathodenfolie 3 gestrichen ist. Ein feines ratur von 350° C pyrolysiert. Das Nachformieren
Pulver 5 aus Mangandioxyd ist gleichmäßig in dem und Überziehen mit Mangandioxyd werden mehrere
Lack-Überzugsfilm suspendiert. Ein Zuführungs- Male wiederholt. Die vollständige Einheit wird eindraht
6 ist mit der Anodenfolie 1 und ein Zuführungs- 50 gekapselt.
draht 7 mit der Kathodenfolie 3 vorher verbunden, Die Kurve b zeigt die Kennlinie eines Konden-
und zwar beide mittels Schweißens oder Pressens. sators mit einem Trennmittel, das durch Auf streichen
Die Anodenfolie 1 und die Kathodenfolie 3 wer- von 100 cm3 Nitrozellulose (RS 20)-Lack mit einer
den aufeinander angeordnet und gewickelt, und die Viskosität von 100 cP, der gleichmäßig suspendiert
Risse, die in dem formierten Film während des Auf- 55 20 g eines feinen Pulvers aus Mangandioxyd enthält,
wickelns entstanden sind, werden nachformiert und auf die Fläche der Kathode und durch Trocknen
ausgeheilt, mit Mangannitratlösung 8 wird getränkt, dieser Suspension erhalten worden ist. Die Kurven c
und durch Pyrolyse des Mangannitrats wird Mangan- und d zeigen die Kennlinien der Kondensatoren, die
dioxyd gebildet. Der Lacküberzugsfilm wird durch durch Auflösen von Äthylzellulose und Azetylzellu-
Pyrolyse zersetzt, worauf nachformiert und weiter 60 lose in organischen Lösungsmitteln erhalten worden
Mangandioxyd gebildet wird. Nach diesen Vorgängen sind, um Lacke mit einer Viskosität von 100 cP zu
wird ein Kondensator nach Fig. 2 erhalten. Wie in erhalten. 20 g eines feinen Pulvers aus Mangandioxyd
F i g. 2 dargestellt ist, ist der Lackfilm vollständig werden in 100 cm3 dieser Lacke suspendiert; diese
entfernt, und Mangandioxyd 5', das durch Pyrolyse Suspensionen werden auf die Kathodenfolien auf-
des Mangannitrats gebildet ist, nimmt seinen Platz 65 gestrichen und getrocknet, und die Einheiten werden
ein. aufgewickelt.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Konden- Kurve e zeigt die Frequenzcharakteristik der
sators mit festem Elektrolyten, bei dem nur eine elektrostatischen Kapazität und Verluste des bekann-
ten Wickelkondensators mit festem Dielektrikum gemäß Fig. 3 und die Kennlinie des Kondensators
unter Verwendung von Glasgewebe als Trennmittel gemäß Fig. 4.
Kondensatoren der Kurven a, b, c, d und e haben eine Kapazität von 5 μ¥, und ihre Betriebsspannung
ist 25 V. Der Kondensator der Kurve / hat eine Kapazität von 16 μΡ und eine Betriebsspannung von
10 V,
Aus F i g. 5 ergibt sich, daß Wickelkondensatoren mit festem Dielektrikum, die Nitrozelluloselacke als
Trennmittel verwenden, sehr gute Frequenzeigenschaften haben. Äthylzellulose und Azetylzellulose
sind zwar nicht so gut wie Nitrozellulose, aber immer noch besser als die anderen in der Tabelle angegebenen
Materialien.
Mittels der Erfindung ist es auch möglich, einen nicht polaren Wickelkondensator mit festem Elektrolyten
durch anodisches Oxydieren einer Kathode zu erhalten. so
Claims (2)
1. Verfahren zum Herstellen eines Wickelkondensators mit festem Elektrolyten, bei dem
eine mit einem Oxydfilm versehene Anodenfolie und eine Kathodenfolie sowie ein dazwischenliegendes
Trennmaterial aufgewickelt werden, der Wickel mit einer Mangannitratlösung getränkt,
das Mangannitrat durch Pyrolyse in Mangandioxyd umgewandelt und der Wickel nachformiert
wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus einem Zellulosederivat mit einer Entzündungstemperatur
unterhalb der Temperatur der Pyrolyse des Mangannitrats als Trennmittel zwischen die Kathodenfolie und die Anodenfolie
eingebracht wird und daß das Zellulosederivat thermisch zersetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein feines Pulver aus Mangandioxyd
gleichmäßig in dem Zellulosederivat suspendiert wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Applications Claiming Priority (3)
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Publications (2)
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Non-Patent Citations (1)
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Also Published As
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BE680093A (de) | 1966-10-03 |
SE319557B (de) | 1970-01-19 |
NL6606226A (de) | 1966-11-08 |
GB1143121A (en) | 1969-02-19 |
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Legal Events
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C2 | Grant after previous publication (2nd publication) |